TW201340450A - 鋰電池正極及鋰電池 - Google Patents

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Abstract

一種鋰電池正極，包括集電體及塗布於該集電體上的正極活性材料層，該正極活性材料層上包覆有保護膜層，該保護膜層由無機顆粒組成，且在無機顆粒間形成有微孔，該正極活性材料層位於該保護膜層與該集電體之間。該保護膜層可防止正極活性材料層直接與電解液接觸，從而防止電池在高電壓或是過充電下，電解液因接觸正極而氧化分解，破壞正極材料結構的穩定性和產生氣體，影響其電池電性，造成壽命減短。本發明還涉及一種使用該正極的鋰電池。

Description

鋰電池正極及鋰電池
本發明涉及鋰電池，特別涉及一種鋰電池正極及一種鋰電池。
鋰電池由於其具有高能量密度、高電動勢及低自放電等優良特性，已被廣泛應用於移動電話、筆記本電腦等消費性電子產品中。
鋰電池以正極材料、負極材料、電解液、隔離膜、銅鋁箔集電層所組成。在高電壓或是過充電下，正極會進行氧化還原反應，反應過程中，電解液會氧化分解，破壞正極材料結構的穩定性，或是產生氣體，影響其電池電性，從而使得電池容量降低，造成壽命減短。
有鑒於此，有必要提供一種防止電池正極材料損耗使鋰電池性能劣化的鋰電池正極。
有鑒於此，還有必要提供一種含有上述正極的鋰電池。
一種鋰電池正極，包括集電體及塗布於該集電體上的正極活性材料層，該正極活性材料層上包覆有保護膜層，該保護膜層由無機顆粒組成，且在無機顆粒間形成有微孔，該正極活性材料層位於該保護膜層與該集電體之間。
一種鋰電池，包括殼體以及置於殼體內的正極、負極、有機電解質及隔離膜，該正極包括集電體及塗布於該集電體上的正極活性材料層，該正極活性材料層上包覆有保護膜層，該保護膜層由無機顆粒組成，且在無機顆粒間形成有微孔，該正極活性材料層位於該保護膜層與該集電體之間。
與先前技術相比，本發明的鋰電池正極的正極活性材料層上包覆有保護膜層，可防止正極活性材料層直接與電解液接觸，從而防止電池在高電壓或是過充電下，電解液因接觸正極而氧化分解，破壞正極材料結構的穩定性和產生氣體，影響其電池電性，造成壽命減短。
下面將結合附圖，對本發明作進一步的詳細說明。
如圖1所示，本發明鋰電池正極10包括集電體101、正極活性材料層102、及保護膜層103。集電體101為金屬基材或碳棒，具有良好導電性能，在本實施方式中，集電體101的材料為鋁箔。正極活性材料層102由鋰錳氧化物、鋰鎳氧化物、鋰鈷氧化物等鋰與過渡金屬的複合氧化物，如LiCoO2、LiMn2O4、LiFePO4、LiNixCoyMnzO2(0＜x,y,z＜1)、LiNixCoyAlzO2(0＜x,y,z＜1)、LiNi0.5Mn1.5O4、Li4Ti5O12組成。正極活性材料層102塗布於集電體101上。保護膜層103的材料為無機顆粒，例如金屬氧化物，如ZrO2、Mg(OH)2、MgO、TiO2、Al2O3、La2O3、ZnO等或上述材料的混合物。保護膜層103的厚度小於100奈米，在本實施方式中，保護膜層103的厚度為50奈米。
上述鋰電池正極的製備方法為通過塗布的方式將正極活性材料層102塗布於集電體101上，再通過鍍膜，即蒸鍍、濺鍍、爐式鍍膜、或捲繞式真空鍍膜的方式將保護膜層103包覆於正極活性材料層102上，當鍍膜時，無機顆粒不規則的形狀使得保護膜層103上形成有微孔結構，能讓電解液侵透，以利鋰離子擴散。
如圖2所示，本發明鋰電池20包括一殼體(圖未標示)及置於殼體內的負極11、電解液12、隔離膜13以及本發明所提供的正極10。
負極11主要包括集電體和形成於集電體表面的活性材料層，該活性材料層由碳材料，包括石墨、碳纖維、碳奈米管等組成，另外，過渡金屬或其氧化物也可選用，如錫及其氧化物。
電解液12為有機電解質溶液，可以由一種有機溶劑或幾種有機溶劑組成的混合溶劑添加一種或幾種可溶鋰鹽組成。有機溶劑例如碳酸異丙烯酯、碳酸亞乙酯、碳酸亞丁酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、1,2-二甲氧基乙烷等，典型的可溶鋰鹽如高氯酸鋰、四氟硼酸鋰、六氟磷酸鋰、三氟甲基磺酸鋰、六氟砷酸鋰等。
電解液12還可以為聚合物電解質，如含有高氯酸鋰、四氟硼酸鋰、六氟磷酸鋰、三氟甲基磺酸鋰、六氟砷酸鋰等鋰鹽的聚乙烯氧烷、聚丙烯氧烷、聚丙烯腈、聚氯乙烯、聚偏氟乙烯等。
電池隔離膜13為現有技術所採用的鋰電池隔離膜，如無機紙、不織布、高分子聚合物多孔膜等，包括單層膜和多層膜。
電池殼體包括金屬、合金、塑膠或其組合。
本發明的鋰電池可具有任何型式，如圓型鋰二次電池、方型鋰二次電池、高分子型鋰二次電池。
本發明鋰電池的製備可採用任何公眾已知的製備鋰電池的方法。具體而言，一種常用的方法包括在殼體內放置通過隔離膜13耦合的正極10及負極11，隨後往其中注入電解質並將其密封。優選真空注射作為注射電解質的方法，但對其沒有特別限制。也可將耦合的電極10、11在置於殼體內之前用電解質溶液進行浸漬。
請參考圖3，其揭示了分別對正極包括上述保護膜層的鋰電池及不包括上述保護膜層的傳統的鋰電池在高電壓4.4伏下進行150次充放電測試。其中曲線1為包括上述保護膜層的鋰電池充放電曲線，曲線2為不包括上述保護膜層的鋰電池充放電曲線。可以看出，在多次充放電時，帶有上述保護膜層的鋰電池的電池壽命要大於不帶有上述保護膜層的鋰電池的電池壽命，可見上述保護膜層可有效防止電解液會因接觸正極而氧化分解，破壞正極材料結構的穩定性和產生氣體，防止影響其電池電性，造成壽命減短。
另外，本領域技術人員可在本發明精神內做其他變化，然，凡依據本發明精神實質所做的變化，都應包含在本發明所要求保護的範圍之內。
10．．．正極
101．．．集電體
102．．．正極活性材料層
103．．．保護膜層
11．．．負極
12．．．電解液
13．．．隔離膜
20．．．鋰電池
圖1是本發明一實施方式的鋰電池正極的結構示意圖。
圖2是包括圖1所示的正極的鋰電池的結構示意圖。
圖3是對圖2的鋰電池及傳統鋰電池進行充放電測試的測試結果曲線圖。
10．．．正極
101．．．集電體
102．．．正極活性材料層
103．．．保護膜層

Claims (10)

  1. 一種鋰電池正極，包括集電體及塗布於該集電體上的正極活性材料層，其改良在於：該正極活性材料層上包覆有保護膜層，該保護膜層由無機顆粒組成，且在無機顆粒間形成有微孔，該正極活性材料層位於該保護膜層與該集電體之間。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的鋰電池正極，其中，該保護膜層由金屬氧化物組成。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的鋰電池正極，其中，該保護膜層選自ZrO2、Mg(OH)2、MgO、TiO2、Al2O3、La2O3、ZnO中的一種或上述二種或二種以上材料的混合物。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的鋰電池正極，其中，該保護膜層通過蒸鍍、濺鍍、爐式鍍膜、或捲繞式真空鍍膜的方式包覆於該正極活性材料層上。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的鋰電池正極，其中，該保護膜層的厚度小於100奈米。
  6. 如申請專利範圍第5項所述的鋰電池正極，其中，該保護膜層的厚度為50奈米。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的鋰電池正極，其中，該正極活性材料層為鋰與過渡金屬的複合氧化物。
  8. 如申請專利範圍第1項所述的鋰電池正極，其中，該集電體的材料為鋁箔。
  9. 一種鋰電池，包括殼體以及置於殼體內的正極、負極、有機電解質及隔離膜，該正極包括集電體及塗布於該集電體上的正極活性材料層，其改良在於：該正極活性材料層上包覆有保護膜層，該保護膜層由無機顆粒組成，且在無機顆粒間形成有微孔，該正極活性材料層位於該保護膜層與該集電體之間。
  10. 如申請專利範圍第9項所述的鋰電池，其中，該保護膜層由金屬氧化物組成。
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